Development and characterization of chia (Salvia hispanica L.) plant-derived products as natural bioactive compounds - Université de Lorraine Access content directly
Theses Year : 2020

Development and characterization of chia (Salvia hispanica L.) plant-derived products as natural bioactive compounds

Développement et caractérisation des produits dérivés de chia (Salvia hispanica L.) en tant que composés naturels bioactifs

Abstract

Omega-3 polyunsaturated fatty acids (PUFA) are important for nutrition and health, by virtue of their importance in lipid homeostasis, and the fact that PUFA deficiencies can increase risk of metabolic syndrome, cardiovascular and neurodegenerative diseases. Chia (Salvia hispanica L.) seeds are rich in PUFA (80%) and contain the highest known levels in plants of the essential omega-3 fatty acid, alpha-linolenic acid (ALA). High degree of unsaturation in edible oils can reduce oxidative stability causing a loss of nutritional value. Nanotechnology can be used to improve chia seed oil quality and safety, increase bioavailability, and expand the scope of applications. Towards this goal, our objective was to prepare and characterize chia seed lipids in the form of nanoliposomes (NL) and nanoemulsions (NE), and to evaluate their potential use as bioactive products. The first step was to characterize lipid fractions. Lipids were extracted from the French ORURO variety of chia seeds using modified Folch method. Ten fatty acid species and six phospholipid (PL) classes were identified in chia seed lipid extract by gas chromatography and LC-MS, respectively, with the highest level of fatty acids being ALA (62%). The presence of a solid residue was detected following evaporation of the solvent to obtain chia seed oil. Analyses by thin layer chromatography and LC-MS demonstrated that this residue contained the polar lipids including PL that were no longer in the chia oil after removal of solvent by evaporation. NE were prepared from chia seed oil and the chia PL-rich solid residue, and NL from the PL-rich solid residue. Physicochemical characterization including analysis of the polydispersity index (PDI), size, and zeta-potential indicated that both NE and NL were monodispersed solutions of stable (low negative zeta potential) particles with a size between 104-118 nm. These preparations were spherical and multilayered (transmission electron microscopy) and remained stable even 5 days after preparation. In addition, enzymatic assay confirmed PL content in both NE and NL. MTT cell viability assay showed little to no cell toxicity (up to 150 µg/mL NE or NL) following 24 h incubation with cultured hepatocytes, neurons, and astrocytes. In conclusion, these results demonstrate the feasibility of using chia lipids for the preparation of stable non-toxic omega-3 PUFA rich NL and NE, which represent potential bioactive vectors for both preventive and therapeutic applications in human health.
Les acides gras polyinsaturés (AGPI) oméga-3 sont importants pour la nutrition et la santé, en raison de leur importance dans l'homéostasie des lipides, et du fait que les carences en AGPI peuvent augmenter le risque de syndrome métabolique, de maladies cardiovasculaires et neurodégénératives. Les graines de chia (Salvia hispanica L.) sont riches en AGPI (80%) et contiennent les plus hauts niveaux connus dans les plantes de l’acide gras essentiel oméga-3, l'acide alpha-linolénique (ALA). Un degré élevé d'insaturation dans les huiles comestibles peut réduire la stabilité oxydative, entraînant une perte de valeur nutritionnelle. Les nanotechnologies peuvent être utilisées pour améliorer la qualité et la sécurité des huiles de graines de chia, augmenter la biodisponibilité et élargir le champ des applications. Dans cette optique, notre objectif était de préparer et de caractériser les lipides des graines de chia sous forme de nanoliposomes (NL) et de nanoémulsions (NE), et d'évaluer leur utilisation potentielle en tant que produits bioactifs. Dans une première étape, les fractions de lipides ont été caractérisées. Les lipides ont été extraits de la variété française ORURO de graines de chia en utilisant la méthode Folch modifiée. Dix espèces d'acides gras et six classes de phospholipides (PL) ont été identifiées dans l'extrait de lipides de graines de chia par chromatographie en phase gazeuse et LC-MS, respectivement, le niveau le plus élevé d'acides gras étant l'ALA (62%). La présence d'un résidu solide a été détectée suite à l'évaporation du solvant pour obtenir l'huile de graine de chia. Les analyses par chromatographie sur couche mince et par LC-MS ont démontré que ce résidu contenait les lipides polaires, y compris des PL, qui n'étaient plus présents dans l'huile de chia après l'élimination du solvant par évaporation. Les NE ont été préparés à partir de l'huile de chia et du résidu solide riche en PL du chia, et les NL à partir du résidu solide riche en PL. La caractérisation physicochimique, y compris l'analyse de l'indice de polydispersité (PDI), de la taille et du potentiel zêta, a indiqué que les NE et NL étaient des solutions monodisperses de particules stables (faible potentiel zêta négatif) d'une taille entre 104 et 118 nm. Ces préparations étaient sphériques et multilamellars (microscopie électronique à transmission), et restaient stables même 5 jours après leur préparation. De plus, un test enzymatique a confirmé la présence des PL dans les NE et les NL à la base de chia. Le test de viabilité cellulaire MTT a montré peu ou pas de toxicité cellulaire (jusqu'à 150 µg/ml NE ou NL) après incubation de 24 heures avec des hépatocytes, des neurones et des astrocytes cultivés. En conclusion, ces résultats démontrent la faisabilité de l'utilisation des lipides du chia pour la préparation de NL et NE de chia, stables et non toxiques, riches en AGPI oméga-3, qui représentent des vecteurs bioactifs potentiels pour des applications préventives et thérapeutiques en santé humaine.
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Cite

Daria Kuznetcova. Development and characterization of chia (Salvia hispanica L.) plant-derived products as natural bioactive compounds. Food and Nutrition. Université de Lorraine; ITMO University, 2020. English. ⟨NNT : 2020LORR0266⟩. ⟨tel-03285324⟩
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